הסרת מזהמים פארמקולוגיים נבחרים ממי תהום באמצעות פחם פעיל קולואידי

למה גלולות במים חשובות

תרופות רבות שאנו בולעים אינן נשארות בגופנו. שאריות של משככי כאבים, תרופות נגד פרכוסים ואפילו קפאין עלולות לעבור בתעלות הביוב, לשרוד מתקני טיהור ולשקוע למי תהום. מי תהום אלה מהווים מקור חשוב למי שתייה ברחבי העולם. המחקר המתואר כאן בוחן שיטה חדשה ללכוד חלק מהשיירים העקשניים האלה מתחת לפני הקרקע לפני שיתפשטו, באמצעות צורה Highly porous של פחמן שניתן להזריק ישירות לתת־הקרקע.

שאריות בלתי נראות מהחיים היומיומיים

החיים המודרניים מתבססים על תרופות, מתחמירים נפוצים כמו קפאין ועד תרופות מיוחדות נגד אפילפסיה כגון קרבמזאפין ולamotrigine. תרכובות אלו מיועדות לעמידות בפירוק בגוף, ולעתים קרובות עוברות מטופלי ביוב רגילים. כתוצאה מכך, מדענים מזהים אותם כיום בנחלים, אגמים ומי תהום באירופה, בארצות הברית, באסיה ובמזרח התיכון, לפעמים באקוויפרים מרוחקים. גם ברמות נמוכות מאוד, הנוכחות המתמשכת שלהן מעוררת חששות לגבי השפעות ארוכות טווח על מערכות אקולוגיות, חיי בר ובריאות האדם. הסרה של "מזהמים מתעוררים" כאלה מהמים הפכה לאתגר הולך וגדל עבור מהנדסים ומפקחים.

ספוג פחם דק מתחת לאדמה

גישה מבטיחה אחת היא ספיחה, שבה מזהמים נדבקים לפני השטח של חומר מוצק. פחם פעיל טוב במיוחד לכך כי הוא מלא בנקבוביות זעירות שמעניקות שטח פנים פנימי עצום למולקולות להיצמד אליו. צוות המחקר התמקד בצורה מיוחדת הנקראת פחם פעיל קולואידי, עשוי חלקיקים קטנים מאוד היוצרים תערובת יציבה במים. תערובת זו ניתנת להזרקה לקרקע, שם החלקיקים מצפים גרגירי חול וקרבונאט ויוצרים מעין אזור סינון בלתי נראה שעובר דרכו מי תהום. החוקרים אפיינו תחילה את הפחם ומצאו שהוא בעיקר פחמן עם מעט אשלגן, בעל נקבוביות רבה מאוד, ומורכב מחלקיקים בגודל של כמה מיקרומטרים בלבד עם מטען שלילי על פני השטח שמסייע להם להישאר מפוזרים במים.

בדיקת מסנן תת־קרקעי מיניאטורי

כדי לבדוק עד כמה פחם זה יכול ללכוד תרופות, המדענים בנו עמודות שקופות קטנות מילואות בחול, סלע קרבונאטי, או תערובת 50:50 של שניהם, המדמות שכבות של משקעים טבעיים. הם שאבו מים שמולאו בקפאין, קרבמזאפין ולamotrigine מעלה דרך העמודות בקצבי זרימה מבוקרים, והוסיפו כמויות מדודות של פחם קולואידי. על ידי השוואת רמות התרופות הנכנסות והיוצאות יכלו לעקוב כמה מהר ה"מסנן" התחיל "לדלוף"—כלומר, מתי המזהמים החלו לעבור— וכמה זמן לקח עד שהפחם כמעט הראה רוויה. הם גם השתמשו בעקומת "מינון‑תגובה" מתמטית לתיאור צורת דפוסי הפריצה ולהעריך כמה מכל תרכובת יכול הפחם לאחסן בתנאים שונים.

מה שולט בכמה מוסר

הניסויים הראו שהתנאים התפעוליים משפיעים באופן חזק על הביצועים. זרימה איטית יותר אפשרה זמן מגע ארוך יותר ועיכבה את הפריצה, אך קצב הזרימה הגבוה ביותר שנבדק הראה קליטה גדולה יותר לגרם פחם לפני שהעמודה התמלאה, כי יותר מים מזוהמים עברו דרכה. הגדלת כמות הפחם בעמודה האריכה הן את הזמן עד הפריצה והן את הזמן עד לרוויה, מה שמשקף מספר גדול יותר של אתרי ספיחה זמינים. התחלה עם תמיסות מזהם מרוכזות יותר גרמה לפריצה מהירה יותר ולעקומות פריצה תלולות יותר, מאחר שאתרי הקשירה התמלאו מהר יותר, אך גם הגדילה את מסת התרופות הכללית שנתפסה. סוג מצע המיטה היה חשוב גם הוא: מיטת חול‑קרבונאט מעורבת סיפקה את ההגנה הארוכה ביותר לפני הפריצה ושימור טוב יותר באופן כולל, כנראה כי היא איזנה אינטראקציה כימית עם זרימה חלקה ואחידה.

ממבחני מעבדה למי תהום אמיתיים

לבסוף, החוקרים בחנו מי תהום אמיתיים שנוספו אליהם שלוש התרופות המטרה, בתנאים הטובים ביותר שנקבעו בריצותיהם הקודמות: זרימה מתונה, מנה צנועה של פחם ומיטת חול‑קרבונאט מעורבת. במבחן הריאלי יותר הזה, המחסום הפחמני עיכב את הפריצה ביותר משעתיים והמשיך להסיר את התרופות למשך יותר מחמש־עשרה שעות. בסך הכל הוא לכד בערך 40 אחוזים מהמסה הנכנסת של התרופות לפני שהגיע לרוויה רבה. לאור היכולת להזריק פחם פעיל קולואידי ישירות לאקוויפרים, תוצאות אלה מרמזות שמהנדסים עשויים ליצור אזורים ריאקטיביים תת־קרקעיים שיתפסו ויחלישו ערפילים של זיהום פארמקולוגי, ובכך יסייעו להגן על מקורות מי השתייה.

מה משמעות הדבר עבור מים בטוחים יותר

במילים פשוטות, המחקר מראה כי "ספוג" פחמי מפורק היטב ניתן לפרוס דרך משקעים תת־קרקעיים כדי ללכוד שאריות של תרופות הנעות עם מי תהום. למרות שאינו מסיר הכל, הוא מקטין משמעותית את העומס של תרופות עמידות כמו קפאין, קרבמזאפין ולamotrigine בתנאים מציאותיים. משום שהחומר בעל נקבוביות גבוהה וניתן לפריסה במקום, הוא מציע דרך פרקטית לחזק מחסומים טבעיים באקוויפרים ללא בניית מתקני טיפול ענקיים. עם אופטימיזציה וניסויי שטח נוספים, המגן הפחמי התת‑קרקעי הזה עשוי להפוך לכלי חשוב במניעת שאריות בלתי נראות מארונות התרופות שלנו מלהיכנס למי שתייה.

ציטוט: Alghamdi, S., Tawabini, B., Abdullah, A. et al. Removal of selected pharmaceutical pollutants from groundwater using colloidal activated carbon. Sci Rep 16, 8470 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36859-7

מילות מפתח: זיהום מי תהום, מזהמים פארמקולוגיים, פחם פעיל, טיהור מים, ספיחה